JPS6038619A

JPS6038619A - 風量感知回路

Info

Publication number: JPS6038619A
Application number: JP59142492A
Authority: JP
Inventors: ダニエル　エツチ．ホツパー
Original assignee: General Motors Corp
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1983-07-11
Filing date: 1984-07-11
Publication date: 1985-02-28
Also published as: US4487063A; JPH0349374B2; CA1213448A; DE3424642A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、固体センサを川いる、風量感知回路て関し、
特に、関数温度補償校正に適した風量感知回路に関する
。

これまで、ワイヤ、箔又は固体集積回路等の熱素子を用
いる風力測定法により、風量全６｝１［定する提案がな
されてきたが、何れも、測定に及ぼす温度作用を補償す
る特殊な回路部品が必要とされる。温度の変動は、主に
、温度に伴う、空気の熱伝導率変化に起因するが、回路
自体に原因がある温度作用も少なくない。

従って、空気温度に左右されずに、正確かっ信頼できる
結果が得られる、風量感知回路を設けることが望ましい
。このことは、温度差が激しい環境での使用が多く、シ
かも風量を正確に読取り、こ扛に基づいて燃料調整する
必要がある自動車の内燃機関に吸入される風量を測定す
る回路の場台は、特に重要な特徴である。

従って、本発明の第１の目的・ハ、固体センサ及び関数
温度補償調整能力を初１ｊえる、風量測定回路全提供す
ること圧ある。本発明の別の目的は、臨界温度制御する
ことなく、容易に関数校正できる、風量測定回路を提供
することにある。本発明の更に別の目的は、回路が及ぼ
す種々の温度作用、及び空気の可変熱伝導率を補償する
、風量測定回路全提供することにある。

本発明は、周囲空気温度及び加熱された空気の流量を感
知する固体センサ、各センサと直列する電流源、風量セ
ンサと直列する抵抗器、センサと抵抗器に発生する電圧
に応答して、出力信号を発生すると共に、風量センサの
温度を制御する比較器、及び一方のセンサに抵抗接続さ
れて、センサ′市流を関数調整することによシ、温度変
動作用を補償する第３電流＃を含む校正回路網を用いて
風量測定する回路を設けることにより実施される。

次に添伺図面を参照して、本発明の詳細を説明する。

熱素子式風力測定には、周囲空気温度に感応するセンサ
と、周囲温度以上の背定温度に加熱され、周囲温度以上
の所定温度増分の保持に′要する入力量に応じて、風量
を測定するセンナとが必一要とされる。従って、これら
の２個のセンサに類似の特性を持たせることにより、落
差が敞しい温度範囲で同様に機能できる様にすることが
望ましい。近年のシリコン集積回路技術の著しい進歩に
エリ、周囲温度センサ及び風量センサとして使用できる
感温素子が開発サ汎ている。特にシリコンダイオードは
、一定電流における、温度に伴う電圧変化の直線性に優
ｎており、しかも整合特性を持たせて、容易に製造する
ことができる。

本発明用途では、４個の直列ダイオード、及びこれらダ
イオードと伝熱結合きれるが、電気的には絶縁された、
加熱抵抗器を備える、シリコン集積回路（ＩＣ）チップ
を用いることが好１しい。ｊ風量せンサとして用いる揚
台は、加熱抵抗器を制御回路に接続することにより、ダ
イオードを昇温する。周囲温度センサとして、類似チッ
プを用いるが、チップ上の抵抗器は、ダイオードが周囲
空気温度をおびる様ｒ１不活性状態、すなわち回路に接
続しないでおく。

第１図に示す様に、風量センサ回路は、夫々電圧源Ｂ十
と大地との間に接続された、周囲温度ブランチ１０と風
量ブランチ１２とから成っている。ブランチ１０は、チ
ップ１５上のシリコンダイオード１４で構成されている
が、該ダイオードは、４個の直列ダイオード全単一ダイ
オードとして図示したものであリ、本文中では「ダイオ
ード」又は「ダイオードセンサ」としておく。チップ１
５上の加熱抵抗器が不活性であるため、ダイオード１４
は、周囲空気温度センサの役目をする。

またタイオード１４は、接合点１６で、定電流線１８と
直列接続されている。）風量ブランチ１２は、風量セン
サの役目をするダイオード２０、及び該ダイオードの温
度を、周囲７ｚ度以上にする様に、回路内に接続された
、抵抗ヒータ３２を備える、実質的にチップ１５と等１
曲のチップ１９紫有している。ダイオード２０は、加減
抵抗器２２、及び接合点２６Ｃ１抵抗器２２に接続され
た定電流源２４と直列接続されている。電流源２４は、
好適にｔ」１、電流源１８と同一の゛電流定格を有して
いる。入力端が、接合点１６及び２６に接続されている
演算増幅器２８は、接合点電圧全比較して、線３０に風
計全表わす電圧信号を出力する。抵抗ヒータ３２の一端
がＢ＋に接続され、他端が直列抵抗器３３を介して、出
力線３０に接続されているため、増幅５２Ｂは、ヒータ
３２に供給される電力全制御）ｈｌする。ヒータ３２の
電力を、温度変化に左右されない、線３０上の出力の関
数とすることが望ましい。

直列抵抗器３３の値をヒータの公称値と等しくすること
により、ヒータ３２抵抗の温度係数に起因する電力変動
を最少限に保つ。ダイオードセンサ１４の電圧降下を、
ダイオードセンサ２０と抵抗器２２との電圧降下と比較
し、こ肛らの降下が平衡する１で、ヒータ３２全流ルる
電流の流量を調整する。抵抗器２２が存在しない場合、
ダイオードは同一特性を有するため、電流の流量が等し
いとすると、同一温度における電圧降下値は同一になる
。従って、抵抗器２２がある場合は、ダイオード温度を
微分して電圧降下を平衡させる必要があり、抵抗器の電
圧値が、２つのセンサの公称温度差全決定する。

センサ回路には、温度全補償する第３回路ブランチ３４
が設けら扛ているが、これは、１３＋と大地との間に直
列接続された第３定電流源３６及び加減オフセット抵抗
器３８を備えている。電流源３６と抵抗器３８との接合
点４０は、加減利得抵抗器４２と通常開じているジャン
パ４４とを介しで、ブランチ１０の接合点１６に接続さ
れている。従って、抵抗器４２に流れる電流を校正でき
る様に、抵抗器３８及び４２を調整することにより、セ
ンサ１４に流れる電流會変えることができる。

本発明は、好適には、ダイオードセンサを形成する小型
シリコンダイオード、０．４ｍＡに定格された定電流源
１８．２４．０．８７？ＺＡに定格された電流源３６、
および夫々１．０．２．８及び４にオームの公称値に定
格されると共に、回路校正できる様に、高値にレザート
リムされた厚膜抵抗器２２．３８．４２で構成されてい
る。

回路を分析するため、ｌ眠流源２４及び１８を通る電流
を、それぞれ１１及びＩ２とすると共に、利得抵抗器４
２を通って接合点４０に流れる電流を１３とする。接汗
点２６の電圧が接合点１６と等しくなる様に、ダイオー
ドセンサ２０を加熱すると、Ｖａ金センサ１４の電圧降
下とし、Ｖｓｉセンサ２０の電圧降下とすると共に、Ｒ
ｋ抵抗器２２の抵抗としり場合、Ｖａ＝　Ｖｓ　十ｉ　
、　Ｒとなる。

第２図は、ダイオード特性、即ちダイオード電流とダイ
オード順方向電圧との山間性をグラフに表わしたもので
あり、各曲線は、所定温度のダイオード特性を表わして
いるが、ダイオード特性は同一であるため、何れのせン
サにも該当する。ダイオードは、ダイオード電流が、何
れの漏れ電流よりはるかに多いが、ダイオードを加熱し
ても無視できる程少ない範囲で作動される。特性電圧は
、一定ダイオード電流に対して、温度の上昇て従って実
質的に直線的に低下する。従って、４曲線５０．５２．
５４及び５６は、ラベル表示の様に、温度２０℃、８０
℃、１００℃及び１５８℃１（おけるダイオード特性を
表わしてい乙。捷次第２図は、周囲温度が２０℃で、周
囲温度せンサと風量センサとの公称温度差が６０℃であ
る場合、皿、−１２となり、ム３−〇となる好適事例に
おける装置の動作状態を例示している。従って、曲線５
０及び５２は、夫々、周囲温度が２０℃である。部会の
周囲温度センサ１４及び８０℃、になる風量センサ２０
に該当する。選定電流ＩＩ及び１゜は、夫々曲線５０及
び５２の電圧降下Ｖａ及びＶｓ金決定する。ｖａ　＝ｖ
ｓ　＋ｒ、Ｒであるため、点ＶｓとＶａとの間の水平距
離ばｉ＋Ｒｔ２ｔｉわｔｏこれ（ｒｉ、一定電流に対し
て、抵抗Ｒが２センサ間の温度差を決定する点を示して
いる。

空気の熱伝導率は高温になるほど高くなるため、高温時
のセンサ温度差を小さくして、熱１′バ導率変化を補償
するのが通例である。従つ゛Ｃ１曲線５４及び５６で示
す様に、周囲温！Ｗセンサの温度が１００℃であるとす
ると、風量センサの温度は、１５８℃、即ち丁度６０℃
の温度差より２度低い数値になる。周囲温度が２０℃以
外である場合は、電流Ｉ３を流せば電圧降下Ｖａはダイ
オード１４の・特性に沿って移動し、曲線５４に示す様
に、ｌ３−０の場合ニジ高いさらに右側に移る。この様
にすると、’Ｉは定値であるため、Ｖａ−ＶＳ間の水平
距離１１Ｒは一定てなυ、風量センサチップは、点Ｖｓ
が点Ｖａから一定距離ｉ、Ｒだけ離れている曲線５６を
描く様に加熱される（温度が周囲温度より約５８℃高い
場甘っ）この様に温度調整すると、空気の熱伝導率の変
化が及ぼす作用が補償されるばかりでなく、回路内の多
数の根源から起るその池の種々の温度作用も補償される
。周囲温度が上昇］−１一定亀流時の電圧降下ｙａが低
減するに従って、接合点１６における電位が」１昇する
ため、電流１３　も、温度範囲に比例する量だけ増加す
る。従って、第２図に示す様に１電位■ａは、負荷線５
８に沿って移動する。

２センサ間の公称電圧差及び負荷線５８の偏倚と傾斜を
設定するには、回路を校正する必要がある。本発明によ
る風量センサ回路は、センサ特性の正確な知識を必要と
せず、関数校正テストによって、温度特性を定め、てい
る。

校ｉＥテストには、２つの異なる温度における既知風量
が必要である。温ｌｉｔ正確に制御する必要はないが、
風量を正確にすることが肝要である。校正手順としては
、先ずジャンパ４４を開いた状態で、センサ２０℃（又
は室温）でフロー試験する。抵抗器２２をトリミングし
て、線３０の出力電圧をその風量に相当する所定値に設
定すると共に、オフセット抵抗器３８をトリミングして
、接合点１６及び４０間の電圧をセロホルトにすること
により、ＩＩＩＩ線５０」二〇点ｙａにおける、周囲温
度ｆ〕荷線５８のオフセット又は枢支点を設定する。次
に、高温（即ち１００℃）及び第１試験と同一の風量に
し、ジャンパ４４を閉じた状態で、センサーをフロー試
験する。利得抵抗器４２をトリミングして、線３ｏの出
力電圧信号を第１試験と同一にすることにょシ、負荷線
５８の傾斜を設定すると共に、試験点におけるセンチ及
び回路の全温度作用を考慮する。回路の温度作用が直線
状になるほど、回路は、上記全作用に対して補償される
。

上記の通シ本発明の詳細な説明したが、本発明回路の形
状は非常に簡単であり、寸た簡単なフロー試験及び抵抗
器トリミング手順に従って校正すれば、広範の温度変動
を補償できることが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による風量測定回路の概略図１．及び第２図は、本発明による関数校正効宋を説明するダイオ
ード特性図である。〈主要部分の符号の説明〉１４・・・ダイオード、１６・・・接合点、１８・・・
定電流源、　２０・ダイオード、２２・・・抵抗器、　
２４・・・定電流源、２８・・・演算増幅器、３２・・
・抵抗ヒータ、３４・・・第３回路ブランチ、３６・・
・定電流源、３８・・・抵抗器、４０・・・接合点、４
２・・・抵抗器、ヒータ手段・・３２第１の固体素子・２０第１の抵抗器・・２２第１の定電流源・・・２４第２の電流源・・・１８決定する手段・・・２２調整する手段・・・３４

Claims

【特許請求の範囲】１　被測定空気流の作用を受けると共に夫々その温度及
び通過電流に応じて電圧降下を生ずる固体風量感知素子
及び固体温度補償君子から成る風量感知回路において、
前記回路が側副温度に加熱するヒータ手段に熱的に結合
された第１固体素子；前記第１の素子と直列接続された
第１抵抗器と第１定電流源、第２定電流源と直列接続さ
れると共に空気流の周囲温度に保たれた第２固体素子、
ＡｉＪ記第１素子と第１抵抗器との直列灰続部の電圧降
下と、第２素子の電圧降下とを比１咬し−Ｃ１出力信号
を出すと共に、前記ヒータ手段をｆ＝Ｊ勢することにょ
シ前記電圧降１；を均等にして前記第１素子の電圧時Ｆ
を制御することによって、一定風量に対ｒる出力信号と
、第１及び第２素子間の公称温度差とを、第１抵抗器の
値により決定する手段、前記温度差を調整して、空気の
温度作用を補償すると共に、前記素子の一方又は抵抗器
に接続されて、周囲空気温度の変化に応じて、前記温度
差を調整する手段とを含むことを特徴とする。２、特許請求の範囲第１項に記載の回路において前記第
１及び第２固体素子がダイオード手段であり、また前記
調整する手段が可変抵抗器を介して、ｍＪ記第２ダイオ
ード手段に接続され、周囲空気温度の変化に応じて、前
記温度差を変更する第３定亀流源で構成されることを特
徴とする回路。３　特許請求の範囲第２項に記載の回路において、前記
第１抵抗器及び第１５’ｓｌ’ｄＬ流源と直列接続され
た前記第１ダイオード手段が電圧源に接続さ扛、前記第
２ダイオード手段が接合点で、前記第２定電流源に直夕
１］接続さｎｌかつ前記源と共に前記電圧源に接続され
、前記可変抵抗器手段が、前記電圧源の前後において、
接合点で＋ｊｉＪ記第３定電流源と直列接続されると共
に、前記第２接合点で等電位が得られる様な低試験温度
に調整さ、Ｉ″１．たオフセット抵抗器と、前記接合点
間に接続されると共に、一定風量に対して、前記低試験
温度時と同一の出力信号が碍られる様な高試験温度に調
整された利得抵抗器とで構成されることを特徴とする回
路。